地铁段场上盖物业振动控制措施

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摘要:城市地铁车辆段或停车场占地面积大，在土地资源紧张的情况下，对其进行上盖物业开发有一定现实意义。但是因物业位于停车场上方，振动源产生的振动通过结构传入上盖建筑内，对环境和人员产生一定影响。对这种影响进行试验和理论分析，得出相关规律并据此采取规划布置和结构设计措施，降低振动造成的影响。

关键词:地铁；车辆段；停车场；结构；振动

地铁的车辆段、停车场(以下称段场)一般布置在城市的郊区，段场面积一般有20hm2～30hm2，是地铁工程的重要组成部分。在城市土地资源紧张的情况下，对地铁段场上部空间进行开发是必要的。国内多个城市已经进行了车辆段上盖大平台的商业开发，在段场大平台上兴建住宅及配套社会车辆停车场及其他商业建筑等。地铁段场上盖综合开发，是在地铁段场的上部设计建造一个大面积的钢筋混凝土平台，平台以下是地铁段场，以上进行综合开发，开发内容包括住宅、医院、学校、商业建筑、体育馆、公园、绿地等。但是，在地铁段场上方进行物业开发，也存在一些缺点，首先是投资巨大，其次是车场内的振动和噪声对上方物业有不利影响。段场内存在多种振源，产生的振动沿着钢轨、道床、结构向上传播，给人们的生产生活和周边环境带来不利影响。解决段场振动产生的问题成为影响上盖物业开发的关键因素。对于段场上盖物业的减振研究及相关减振措施，已有众多学者提出大量成果，但大部分都是集中在车辆、轨道等方面，本文从物业结构设计和规划布置方面的减振做一些探索。

1上盖物业的振动问题

1．1计算分析

由地铁诱发的大地振动响应及对上盖物业的影响是十分复杂的，当前研究手段主要是采用现场实测分析，同时也可进行仿真模拟，建立三维仿真模型进行计算分析，计算结果作为实测分析的必要补充和验证。谢伟平［1］建立了武汉某车辆段上盖物业精细化有限元模型，计算分析上盖物业的振动响应。计算结果表明:车辆进出段场引起上盖建筑物的振动频率较高，房间内楼板铅垂向Z振级随着高度的增加先减小后增大。汪益敏［2］分析和评价了地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响，对广州地铁3号线厦滘车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测。研究结果表明:当车辆段试车线列车正常运行时，临近地面竖向振动明显大于水平振动，在距离轨道0m～30m范围之内，受影响的建筑物内部的振动超过相关国家振动标准。

1．2上盖物业的振动影响因素

上盖物业建筑本身既是振动的受体，又是振动的传播介质。研究表明，建筑物的结构形式、高度、基础形式等很多因素都会对建筑物的振动产生影响。魏龙［3］通过计算分析，研究了地铁引起的上部结构物的振动影响因素。1)建筑物的楼板厚度。从图1曲线可以看出，建筑物楼板厚度的变化对楼层振动的影响较大，楼板厚度与各楼层竖向加速度振动级相关，厚度每增加0．1m，振动等级减小约2dB，这是由于增大了楼板厚度相当于增大了结构的质量和刚度，减弱了振动强度。 2)基础桩径。从图2曲线可以看出，建筑物基础桩径与各楼层振动等级相关，桩径每增加0．1m，加速度振动等级减小约0．2dB。3)结构形式。吴凯［4］探讨了邻近地铁不同结构形式的振动特征，建筑结构形式的不同直接导致了荷载传递路线的改变，受到振动响应也不同。针对地铁运营振动对地铁沿线不同结构形式，对各类结构形式的振动定性分析如下:a．框架结构建筑振动响应研究表明，振动峰值随着建筑物高度的增加而减小，且柱的振动衰减要比周边构件更加显著。b．砌体结构楼板振动随层高而增大，振动主要为10Hz～25Hz的低频振动。c．框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，广泛地应用于各类房屋建筑。上盖物业的建筑物一般采用框架结构或框剪结构。实践表明，相同体量的框架结构和框剪结构，后者的抗振效果好一些。

2上盖物业减振措施

2．1前期规划

1)建筑规划布局。在地铁段场前期规划设计阶段，充分考虑段场上盖物业开发的范围、形式和规模，合理布局段场和上盖物业的关系，在保证段场功能的前提下，通过合理的总体建筑规划布局，降低上盖物业的振动影响。举例来说，南昌地铁蛟桥停车场在建设前，上盖物业的开发纳入了整体的规划设计中。地铁停车场至上盖平台之间，段场本身的高度有三层楼高，减轻了地铁线发出的振动对上部建筑的影响。我国香港地铁将军澳车辆段的上盖开发，车辆段内地面至上盖之间高度大于10m，钢筋混凝土大平台的厚度为2m，这样的建筑布局和大面积、大厚度的钢筋混凝土平台，显著降低了下部段场对上部物业结构的振动影响。另外，上盖开发为医院、养老院等对振动噪声有高标准要求的建筑，这些建筑不要直接布置在紧邻大平台的正上方，以减小振动的直接影响。2)减小试车线长度。根据汪益敏［2］的实测，当车辆段试车线列车高速运行时，引发的地面竖向振动明显大于水平振动，加速度级的大小与车辆的速度直接相关。试车线越长，列车的速度越高，振动加速度级越大。因此，从控制振动的角度出发，进行上盖物业开发的段场，试车线的长度应该进行合理控制，必须使上盖物业的振动达到相关标准。

2．2结构设计措施

1)设置减振沟。在地表层段场内轨道两侧设计减振沟，隔断车辆、轨道的振动由基础或土体向竖向承载柱传播，对上盖建筑物的振动控制有明显的作用。王艺臻［5］分析了隔振沟的深度、宽度、位置以及沟内填充条件等因素的隔振效果。研究表明，随着沟深的增加，各层垂向振动有明显衰减，沟深度的增加可以增强减振效果，沟宽度在1m时隔振效果最好。隔振沟靠近建筑物时隔振效果更好，隔振沟设置在地表时隔振效果最好。2)设置隔振桩。所谓隔振桩，就是在振源和保护目标之间建造一排或几排混凝土或其他材料的桩，研究表明，隔振桩的排列形式和其相对位置对振动传递的影响较大。无论是建筑物的横向振动还是垂直振动，随着隔振桩排数的增加，建筑结构振动总体呈衰减趋势。关于桩的位置，排桩邻近建筑物时减振效果较好。同时随着桩径的增大，建筑物横向振动和垂向振动的最大振级逐渐减小。3)在建筑物基础上设置隔振支座。一般用橡胶隔振支座进行柱底隔振，弹簧橡胶支座的隔振原理是在建筑物底部设置橡胶支座，对下方基础传来的振动起到缓冲作用。橡胶支座的优点是成本较低，也容易施工，有一定减振效果，缺点是使用寿命只有20年～30年，一旦达到使用寿命或损坏，减振效果消失，其更换比较麻烦。4)在结构转换层设置减振器。地铁段场盖下由于使用功能的需求，建筑物的结构采用钢筋混凝土框架结构，其柱网间距较大，而上部物业建筑一般柱网间距较小，且盖上建筑剪力墙无法落地，需在盖上设置结构转换层。夏靖［6］提出，将转换层的梁上下分成两个部分，在上部混凝土梁内设置减振器，落在转换层的下梁，实际应用情况表明，这种措施具有较好的减振效果，同时施工方便，造价较低，施工后的维护、更换都比较方便。5)合理选择结构形式。根据前文论述，不同的结构形式对振动的响应是不同的。在常用的砌体结构、框架结构和框剪结构中，在受力、经济等条件允许的情况下，建议选择框剪结构作为上盖物业的结构形式，以提高建筑的抗振性能。

3结语

地铁段场的上盖开发在很多情况下是必要的，相关案例也越来越多。但是要解决段场内的振动对上部物业的不利影响是一个复杂的问题。本文对传统的车辆、轨道减振领域以外的减振方法进行了总结和分析，在建筑规划和结构设计方面提出了一些具体方法，有些方法已经在实际工程中得到了应用，取得了良好的效果。

参考文献:

［1］谢伟平．地铁车辆段上盖物业车致振动分析［J］．振动与冲击，2016(8):110-115．

［2］汪益敏．地铁车辆段试车线列车振动影响的试验研究［J］．华南理工大学学报，2014(12):1-8．

［3］魏龙．地铁列车运行诱发的振动对环境的影响研究［D］．兰州:兰州交通大学，2016．

［4］吴凯，贾慧娟，陈曦，等．地铁运行激励下邻近建筑结构振动的影响因素及评价指标研究［J］．建筑结构，2020，47(4):3-4．

［5］王艺臻．城市轨道交通地下线诱发邻近建筑物振声特性及控制方法研究［D］．北京:北京交通大学，2019:3-4．

［6］夏靖．车辆段上盖结构振动控制关键技术研究［D］．青岛:青岛理工大学，2017．

作者：杨洪杰 宋卫华 单位：上海申通轨道交通研究咨询有限公司